流体及其物理性质汇总
第一章流体及物理性质概要
重点掌握
§1－4 流体的粘性
一、粘性及其表现
流体流动时产生内摩擦力的性质称为流体的粘性。 流体内摩擦的概念最早由牛顿（1687）提出。由库仑 （1784）用实验得到证实。
库仑把一块薄圆板用细金属丝 平吊在液体中，将圆板绕中心转 过一角度后放开，靠金属丝的扭 转作用，圆板开始往返摆动，由 于液体的粘性作用，圆板摆动幅 度逐渐衰减，直至静止。库仑分 别测量了普通板、涂腊板和细沙 板，三种圆板的衰减时间。
空 气 二氧 化碳 一氧 化碳
1.205 1.84 1.16
1.80 1.48 1.82
287 188 297
1.16 1.33 0.668
1.76 2.00 1.34
297 260 520
氦
0.166 0.0839
1.97 0.90
2077 4120
水蒸 汽
0.747
1.01
462
氢
§1－3 流体压缩性和膨胀性
火箭在高空稀薄气体中飞行 激波 MEMS（微尺度流体机械系统） 不适用
§1－2 流体的密度和重度
一、流体的密度
流体重要属性，表征流体在空间某点质 量的密集程度
定义：单位体积流体所具有的质量
用符号ρ来表示。 均质流体： 非均质流体：
m V
单位：kg/m3
m dm lim V 0 V dV
粘性系数（粘度）：表征流体粘性大小，通常用实验方法确定。
1.动力粘度μ：表征流体动力特性的粘度。
① 定义：由公式
T du A dy
得
du dy
② 物理意义：表示速度梯度为1时，单位面积上的摩擦力的大小。 ③ 国际单位： 牛顿•秒/米2 或 Pa• S
高一物理流体知识点
高一物理流体知识点流体是物理学中的重要概念之一，研究流体的性质和规律对于我们理解自然界中的现象具有重要意义。
在高一物理学习中，我们需要了解和掌握一些关键的流体知识点。
本文将就高一物理流体知识点进行介绍和讲解。
一、什么是流体？流体是一种没有固定形状的物质，包括气体和液体。
相比之下，固体具有固定的形状和体积，而流体具有流动性和变形性。
二、流体的性质1. 流体的流动性：流体的特点之一是能够流动，即流体分子在受力下能够自由滑动和流动。
液体的流动是分子之间相互滑动的结果，气体的流动则是气体分子碰撞和扩散的结果。
2. 流体的压强：流体受到的单位面积上的力称为压强。
压强大小与流体的密度和深度有关，即压强 = 密度 ×重力加速度 ×深度。
3. 流体的密度：流体的密度是指单位体积的流体质量。
液体的密度通常比气体的密度大，但在同一温度下，不同液体的密度也会有所不同。
三、流体的静力学1. 静压力：当流体处于静止状态时，流体对容器壁面的作用力称为静压力。
静压力的大小与流体所在高度和密度有关。
2. 压强定律：在静止的流体中，静压力在各点上是相等的，即压强在各点上是相等的，这就是压强定律。
3. 原理密度：原理密度是指物体浸没在流体中所受到的浮力与物体体积之比。
如果物体的密度小于流体的密度，则物体会浮在流体表面上，反之则会沉在流体中。
四、流体的动力学1. 流体的流速：流体的流速是指单位时间内流体通过某一横截面的体积。
流速与流经的横截面面积、流量和时间有关，即流速= 流量 / 面积。
2. 流量定律：在一个封闭管道中，流体的流量保持不变，即流量定律。
根据流量定律，当管道的横截面变小时，流速变大；反之，当管道的横截面变大时，流速变小。
3. 质量守恒定律：质量守恒定律也适用于流体，即质量的流入等于质量的流出。
根据质量守恒定律，当流体通过管道的时候，流速的变化会导致流体密度的变化。
五、流体的应用1. 浮力和浮力定律：浮力是指物体在液体或气体中受到的向上的浮力。
第一章流体及其物理性质
理想气体状态的温度、压力、体积之间满足理想气体状态方 程：
pVmRgT
理想气体状态方程：
PV=mRgT
或
P=ρRgT
→气体密度：
P RgT
注意Rg的含 义:气体常数
kg K
绝热变换：忽略气体在高速压缩过程中与环境的换热，则 气体的压缩或膨胀过程被称为绝热压缩(膨胀)。在绝热压缩 过程中压力与气体体积和密度的关系满足如下关系：
P1V1k P2V2k 或
v
v1 (
p1 ) 1k p
1(
p
1
)k
p 1
式中：绝热指数k――定压比热CP和定容比热CV的比值k=Cp/CV
比热C：不发生状态变化的条件下，单位质量物质温度升高 1℃所需的热量。〔J/(g·℃)〕 定压比热CP：压力不变时的比热 定容比热CV：体积不变时的比热
流体的易变形性是流体的决定性宏观力学特性，表现在：
▲ 在受到剪切力持续作用时，固体的变形一般是微小的（如金属）或有 限的（如塑料），但流体却能产生很大的甚至无限大的变形（力的作用 时间无限长）。 ▲ 当剪切力停止作用后，固体变形能恢复或部分恢复，流体不作任何恢 复。 ▲ 固体内的切应力由剪切变形量（位移）决定，而流体内的切应力与变 形量无关，由变形速度（切变率）决定。
6.粘性 (1)定义：粘性（粘滞性）----流体内部质点间或流层间因相对 运动而产生内摩擦力以反抗相对运动的性质。
时间：t 0 时，维持上平板恒速(匀速)运动需要一个恒力F ：
F u —— 试验结果 Ay
A : 平板面积，m2
流体的主要物理力学性质
流体在运动过程中所受的力与加速度之间的 关系，是流体动力学的基本方程。
连续性方程
描述流体的质量守恒原理，即流体的质量流 量在流场中保持不变。
动量方程
描述流体的动量守恒原理，即流体的动量流 量在流场中保持不变。
能量方程
描述流体的能量守恒原理，即流体的能量在 流场中保持不变。
流体动力学的应用
06
流体动力学简介
基本概念
流体
流体是具有流动性的连续介质， 由大量分子组成，能够在外力作
用下发生流动。
流体动力学
流体动力学是研究流体运动规律 和行为的一门科学，主要研究流 体的速度、压力、密度等物理量
之间的关系。
流场
流场是指流体运动所占据的空间 区域，流场中的每一点都有一定
的速度和压力。
流体动力学方程
THANKS
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流动状态的判定
雷诺数
用于判定流体流动状态的无量纲数， 由流体的流速、管径和流体动力粘度 决定。当雷诺数小于临界值时，流体 呈层流流动；当雷诺数大于临界值时， 流体呈湍流流动。
流动状态判定准则
根据实验和理论分析，得出判定流动 状态的准则，如普朗特数、尼古拉斯 数等。这些准则可以帮助我们判断不 同条件下流体的流动状态。
毛细管法
利用毛细管中的流体流动， 通过测量流体在毛细管中 的流动时间和压力差来计 算流体的粘度。
影响粘度的因素
分子间相互作用
流体的分子间相互作用会影响流体的粘度，分子 间相互作用越强，粘度越大。
温度
温度对流体的粘度有显著影响，一般来说，温度 升高会使流体的粘度降低。
压力
压力对流体的粘度影响较小，但在高压下，压力 对粘度的影响会更加明显。
化工原理流体流动知识点总结
化工原理流体流动知识点总结化工原理中的流体流动是指在化工过程中物质（气体、液体或固体颗粒）在管道、设备或反应器中的运动过程。
了解流体流动的知识对于化工工程师来说至关重要。
下面是关于流体流动的一些重要知识点的总结。
1.流体的物理性质：-流体可以是气体、液体或固体颗粒。
气体和液体的主要区别在于分子之间的相互作用力和分子间距。
-流体的物理性质包括密度、黏度、表面张力、压力和流速等。
2.流体的运动方式：- 流体的运动可以是层流（Laminar flow）或紊流（Turbulent flow）。
-在层流中，流体以平行且有序的方式流动，分子之间的相互作用力主导着流动。
-在紊流中，流体以非线性和混乱的方式运动，分子之间的相互作用力相对较小，惯性和湍流运动主导着流动。
3.流体的流动方程：-流体流动可以通过连续性方程、动量方程和能量方程来描述。
-连续性方程（质量守恒方程）描述了流体在空间和时间上的质量守恒关系。
-动量方程描述了流体中的力平衡关系，包括压力梯度、黏度和惯性力等因素。
-能量方程描述了流体中的能量守恒关系，包括热传导、辐射和机械能转化等因素。
4.管道流动：-管道中的流体流动可以是单相（单一组分）或多相（多个组分）。
-管道流动的主要参数包括流速、压力损失和摩阻系数等。
- 常用的管道流动方程包括Bernoulli方程、Navier-Stokes方程和Darcy-Weisbach方程等。
5.流体输送：-流体输送是指将流体从一个地点输送到另一个地点的过程。
-在流体输送中，常用的设备和装置包括泵、压缩机、阀门、流量计和管道系统等。
-输送过程中要考虑流体的性质、流速、压力损失以及设备的选型和操作条件等因素。
6.流体混合与分离：-流体混合和分离是化工过程中常见的操作。
-混合可以通过搅拌、喷淋、气体分散等方法实现。
-分离可以通过过滤、沉淀、蒸馏、萃取和膜分离等方法实现。
7.流体力学实验：-流体力学实验是研究流体流动和相应现象的方法之一-常用的流体力学实验包括流速测量、压力测量、流动可视化和摩擦系数测定等。
流体力学资料复习整理
流体复习整理资料第一章 流体及其物理性质1.流体的特征——流动性:在任意微小的剪切力作用下能产生连续剪切变形的物体称为流体。
也可以说能够流动的物质即为流体。
流体在静止时不能承受剪切力，不能抵抗剪切变形。
流体只有在运动状态下，当流体质点之间有相对运动时，才能抵抗剪切变形。
只要有剪切力的作用，流体就不会静止下来，将会发生连续变形而流动。
运动流体抵抗剪切变形的能力（产生剪切应力的大小）体现在变形的速率上，而不是变形的大小（与弹性体的不同之处）。
2.流体的重度：单位体积的流体所的受的重力，用γ表示。
g 一般计算中取9.8m /s 23.密度：=1000kg/，=1.2kg/，=13.6，常压常温下，空气的密度大约是水的1/8003. 当流体的压缩性对所研究的流动影响不大，可忽略不计时，这种流体称为不可压缩流体，反之称为可压缩流体。
通常液体和低速流动的气体（Ｕ<70m ／s ）可作为不可压缩流体处理。
4.压缩系数：弹性模数：21d /d pp E N m ρβρ==膨胀系数：）（K /1d d 1d /d TVV T V V t ==β5.流体的粘性：运动流体存在摩擦力的特性（有抵抗剪切变形的能力），这就是粘滞性。
流体的粘性就是阻止发生剪切变形的一种特性，而摩擦力则是粘性的动力表现。
温度升高时，液体的粘性降低，气体粘性增加。
6.牛顿摩擦定律： 单位面积上的摩擦力为：摩擦力为：此式即为牛顿摩擦定律公式。
其中：μ为动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘3/g N m γρ=pVV p V V pd d 1d /d -=-=β21d 1d /d d p V m NV p pρβρ=-=hUμτ=dydu A h U AA T μμτ===ρμν＝度ν摩擦力是成对出现的，流体所受的摩擦力总与相对运动速度相反。
为使公式中的τ值既能反映大小，又可表示方向，必须规定：公式中的τ是靠近坐标原点一侧(即t -t 线以下)的流体所受的摩擦应力，其大小为μ du/dy ，方向由du/dy 的符号决定，为正时τ与u 同向，为负时τ与u 反向，显然，对下图所示的流动，τ＞0， 即t —t 线以下的流体Ⅰ受上部流体Ⅱ拖动，而Ⅱ受Ⅰ的阻滞。
流体力学基础知识
流体力学基础知识一、流体的物理性质1、流动性流体的流动性是流体的基本特征，它是在流体自身重力或外力作用下产生的。
这也是流体容易通过管道输送的原因2、可压缩性流体的体积大小会随它所受压力的变化而变化，作用在流体上的压力增加，流体的体积将缩小，这称为流体的可压缩性。
3、膨胀性流体的体积还会随温度的变化而变化，温度升高，则体积膨胀，这称为流体的膨胀性。
4、粘滞性粘滞性标志着流体流动时内摩擦阻力的大小，它用粘度来表示。
粘度越大，阻力越大，流动性越差。
气体的粘度随温度的升高而升高，液体的粘度随温度的升高而降低。
二、液体静力学知识1、液体静压力及其基本特性液体静压力是指作用在液体内部距液面某一深度的点的压力。
液体静压力有两个基本特性：①液体静压力的方向和其作用面相垂直，并指向作用面。
②液体内任一点的各个方向的静压力均相等。
2、液体静力学基本方程Ｐ＝Ｐa＋ρgｈ式中Pa----大气压力ρ-----液体密度上式说明：液体静压力的大小是随深度按线性变化的。
3、绝对压力、表压力和真空①绝对压力：是以绝对真空为零算起的。
用Pj表示。
②表压力（或称相对压力）：以大气压力Pa为零算起的。
用Pb表示。
③真空：绝对压力小于大气压力，即表压Pb为负值。
绝对压力、表压力、真空之间的关系为：Pj=Pa+Pb三、液体动力学知识1、基本概念①液体的运动要素：液体流动时，液体中每一点的压力和流速，反映了流体各点的运动情况。
因此，压力和流速是流体运动的基本要素。
②流量和平均流速：假定流体在流过断面时，其各点都具有相同的流速，在这个流速下所流过的流量与同一断面各点以实际流速流动时所流过的流量相当，这个流速称为平均流速，记作V。
单位时间内，通过与管内液流方向相垂直的断面的液体数量，称为流量。
流量可分为体积流量Qv和质量流量Qm。
Qv=V AQm=ρV A③稳定流和非稳定流：稳定流是指流体流速和压力不随时间的变化而变化的流动，反之则为非稳定流。
流体力学知识点总结
流体力学知识点总结一、流体的物理性质流体区别于固体的主要特征是其具有流动性，即流体在静止时不能承受切向应力。
流体的物理性质包括密度、重度、比容、压缩性和膨胀性等。
密度是指单位体积流体所具有的质量，用符号ρ表示，单位为kg/m³。
重度则是单位体积流体所受的重力，用γ表示，单位为 N/m³，且γ ＝ρg（g 为重力加速度）。
比容是密度的倒数，它表示单位质量流体所占有的体积。
流体的压缩性是指在温度不变的情况下，流体的体积随压强的变化而变化的性质。
通常用体积压缩系数β来表示，其定义为单位压强变化所引起的体积相对变化率。
对于液体来说，其压缩性很小，在大多数情况下可以忽略不计；而气体的压缩性则较为明显。
膨胀性是指在压强不变的情况下，流体的体积随温度的变化而变化的性质。
用体积膨胀系数α来表示，它是单位温度变化所引起的体积相对变化率。
二、流体静力学流体静力学主要研究静止流体的力学规律。
静止流体中任一点的压强具有以下特性：1、静止流体中任一点的压强大小与作用面的方向无关，只与该点在流体中的位置有关。
2、静止流体中压强的大小沿垂直方向连续变化，即从液面到液体内部，压强逐渐增大。
流体静力学基本方程为 p ＝ p₀＋γh，其中 p 为某点的压强，p₀为液面压强，h 为该点在液面下的深度。
作用在平面上的静水总压力可以通过压力图法或解析法来计算。
对于矩形平面，采用压力图法较为简便；对于不规则平面，则通常使用解析法。
三、流体动力学流体动力学研究流体的运动规律。
连续性方程是流体动力学的基本方程之一，它基于质量守恒定律。
对于不可压缩流体，在定常流动中，通过流管各截面的质量流量相等。
伯努利方程则是基于能量守恒定律得出的，它表明在理想流体的定常流动中，单位体积流体的动能、势能和压力能之和保持不变。
其表达式为：p/ρ ＋ 1/2 v²＋ gh ＝常数其中 p 为压强，ρ 为流体密度，v 为流速，g 为重力加速度，h 为高度。
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➢ 火箭在高空稀薄气体中飞行 ➢ 激波，激波尺寸与分子自由程同阶 ➢ MEMS（微尺度流体机械系统）
难点与重点
▪ 理解并掌握牛顿内摩擦定律，动力黏度和运动黏度， 并注意单位。
主要内容
1.1 流体的概念 1.2 流体的密度和重度 1.3 流体的压缩性与膨胀性 1.4 流体的粘性
1.5 流体的表面张力
1.1 流体的概念
一、流体的定义和特征 二、流体的连续介质假设
一、流体的定义和特征
自然界物质存在的主要形态： 固态、液态和气态 液体和气体是流体 流体定义
Fluid Mechanics
流体力学
河北工程大学机电学院
1 流体及其物理性质(Fluid Properties)
本章要求与重点
理解
▪ 理论模型：
• 连续介质假设 • 牛顿流体与非牛顿流体 • 理想流体(无黏流体)与实际流体(黏性流体) • 不可压缩流体与可压缩流体等
掌握
▪ 流体的(易)流动性、惯性、黏性、压缩性与热胀性、表 面张力特性等定义、有关公式及常用的物理数值，以 及理想气体状态方程。
② 解析法
以连续介质假设为基础，认为流体质点连续地充满着流 体所在的空间。
▪ 流体质点所具有的宏观物理量（如压力、速度、温度等） 满足一切应遵循的物理定律及物理性质，如牛顿定律， 质量守恒定律、能量转换与守恒定律，热力学定律等， 以及扩散、黏性、热传导等输运性质。但流体的某些物 理常数和关系还必须通过实验确定。
不适用
1.2 流体的密度和重度
一、流体的密度 二、流体的重度
流体重要属性，表征流体在空间某点
一、流体的密度(Density) 质量的密集程度
❖定义：单位体积流体所具有的质量
用符号ρ来表示。
➢ 均质流体： ➢ 非均质流体：
m
V
单位：kg/m3
lim m dm
V 0 V dV
➢ 常见流体的密度：
流体连续介质——物理量连续
u u(x, y, z,t)
❖合理性：
流体分子的间隙极其微小——可看做连续介质
1mm3液体3.3×1019 1mm3气体2.7×1016
❖优点:
➢ 避免了流体分子运动的复杂性，只需研究流体的宏观 运动。
➢ 可以利用数学工具来研究流体的平衡与运动规律。
❖适用范围：
L / l >100 适用
二、流体的连续介质假设
❖ 定义： ❖ 连续介质假设
认为流体所占有的空间可近似地看作是由“流体 质点”连续无间隙地充满着。 ❖ 流体质点 微观上充分大(包括足够多的分子数目等),宏观 上充分小(与所研究对象比较而言)的分子团。
❖必要性：
连续介质假设后——物理量在流体中连续分布— —可将流体的各物理量看作是空间坐标和时间的 连续函数——解析方法等数学工具来研究流体的 平衡和运动规律
② 宏观上，其结构和运动的均匀性、连续性和确定性。
▪ 人们通过仪器测量或肉眼观察到该特点, 而大多数工程 应用问题,也只需了解许多分子的大体或平均影响。
➢ 研究流体宏观运动的两种途径
① 统计物理法
从分子和原子运动出发，采用统计平均方法建立宏观物 理量所满足的方程，并确定流体的性质。
▪ 采用该方法可导出热力学三大定律，在气体分子运动论方 面，对分子碰撞作某些简化后可导出正确的宏观方程。但 某些分子输运系数还不能准确导出。至于液体输运方程的 理论迄今为止还不完善。由此可见，此法直接，但不能为 流体力学提供充分的理论依据。
固体
流体
流动性 无固定形
状
液体与气体的区别
➢ 液体难于压缩；而气体易于压缩。
液体的分子距和分子的有效直径差不多是相等的 气体分子距比分子平均直径约大十倍。 ➢ 液体有一定的体积，存在一个自由液面； 气体能充满任意形状的容器，无一定的体积，不存 在自由液面。
液体有力求自身表面积收缩到最小的特性 气体分子间的吸引力微小，分子热运动起决定性作用
水——1000 kg/m3 空气——1.23 kg/m3 水银——13600 kg/m3
❖相对密度：是指某种流体的密度与4℃时水的密度的
比值，用符号d来表示。
d f
W
f — 流体的密度，kg/m3； W — 4℃时水的密度，kg/m3。
表1-1 在标准大气压下常用液体的物理性质
液体种类
纯水 海水 20%盐水 乙醇（酒精） 苯 四氯化碳 氟利昂-12 甘油 汽油 煤油 原油 润滑油 氢 氧 水银
问题的引出：
微观：分子间存有空隙，在空间是不连续的。
流体是由大量做无规则运动的分子组成的，分子之间存 在空隙，但在标准状况下：
1mm3液体中含有3.3×1019个左右的分子，相邻分子 间的距离约为3.1×10-8cm。
1mm3气体中含有2.7×1016个左右的分子，相邻分子 间的距离约为3.2×10-7cm。
温度 t （℃）
20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 -257 -195 20
密度
（ kg/ m3） 998
1026 1149
789 895 1588 1335 1258 678 808 850-958 918
72 1206 13555
相对密度 d
1.00 1.03 1.15 0.79 0.90 1.59 1.34 1.26 0.68 0.81 0.85-0.93 0.92 0.072 1.21 13.58
在微小剪切力的持续作用下能够连续变形的物质
流体的特征
流动性
无固定形状
流体与固体的区别 固体的变形与受力的大小成正比 任何一个微小的剪切力都能使流体发生连： 由于分子间的作用力不同造成的
➢ 流体所含的分子数少 ➢ 分子间隙大 ➢ 流体分子间作用力小 ➢ 分子运动剧烈
宏观：一般工程中，所研究流体的空间尺度要比分子 距离大得多。
从两个侧面上看：
① 微观上（在时间或空间上），其结构与运动的不均匀性、 离散性和随机性。
▪ 流体是由大量分子组成。其分子间真空距离远大于分 子本身的尺寸。每个分子均在无休止地做着不规则运 动(布朗运动)，相互之间经常发生碰撞，交换着动量和 能量。